KR960005086B1 - Method of cultivation of microorganism ice-nucleation - Google Patents

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Abstract

When pseudomonas syringae(KCTC 1832) is cultivated in the fermentor including industrial microorganisms, yeast extract, soy pepton, and corn-steep liquor, the following processes can increase the productivity of the microorganism. (a) the process of limiting dissolved oxygen to 10-50 % with oxygen membrane; (b) the process of providing medium to maintain above 1% of glucose concentration; (c) the process of lowering culture temp. to 20-24 deg.C with dissolved oxygen maintained below 1ppm.

Description

빙핵활성을 갖는 미생물의 배양방법Cultivation method of microorganisms having ice nucleus activity

제1도는 본 발명에 있어서, 초기배지에 함유되어 있는 젖산이 포도당 존재하에서도 슈도모나스 시링게 KCTC 1832에 의해 소모되는 것을 나타낸 그래프이고,1 is a graph showing that in the present invention, lactic acid contained in the initial medium is consumed by Pseudomonas syringe KCTC 1832 even in the presence of glucose,

제2도는 본 발명에 있어서, 탄소원 제한연속 배양에서 희석율(성장속도와 같음)을 0.04hr-1로 하고 온도를 28℃에서 22℃로 내렸을 때 각 클래스별 빙핵활성의 변화를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the change in ice nuclei activity of each class when the dilution rate (same as growth rate) is 0.04hr −1 and the temperature is decreased from 28 ° C. to 22 ° C. in the carbon source limited continuous culture in the present invention.

본 발명은 빙핵활성을 갖는 미생물인 슈도모나스 시링게(Pseudomonas syringae)의 고생산성 발효에 의해 배양하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빙핵활성 단백질 함유미생물인 슈도모나스 시링게를 발효조에서 고농도로 생산하는 유가배양을 포함한 회분배양과 연속배양 방법으로 배양하는 개선된 배양방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for culturing by high-productivity fermentation of Pseudomonas syringae, a microorganism having ice-nucleus activity, and more specifically, to the high-cost production of Pseudomonas syringe, a microorganism containing ice-nucleated protein, at high concentration in a fermentation tank. The present invention relates to an improved culture method for culturing by batch culture and continuous culture including culture.

여기서 생산성이라함은 빙핵활성을 갖는 미생물균체의 발효조내농도(g./L), 단위시간당 또는 단위발효조 용적당 생산할 수 있는 균체량(g/Lhr), 그리고 단위균체당 생산되는 빙핵활성의 핵수(active nuclei numbers/g cell)를 말한다.Here, productivity refers to the concentration in the fermentation tank (g. / L) of the microbial cells having ice nucleus activity, the amount of cells to be produced per unit time or volume of the fermentation tank (g / Lhr), and the number of nuclei of ice nucleus activity produced per unit cell ( active nuclei numbers / g cell).

빙핵활성을 갖는 미생물에 관해서는 슈도모나스(Pseudomonas), 어위니아(Erwinia) 및 잔토모나스(Xanthomonas)를 중심으로 1970년대 초부터 알려지기 시작했다. 빙핵활성은 미생물이 생산하는 빙핵활성 단백질(INP, Ice-nucleation protein)에 기인하는 것이다. 빙핵활성 단백질의 특이한 구조에서 그 활성이 생긴다고 알려져 있는데, 그 작용기작 규명을 통하여 제빙, 제설 및 냉동공조산업, 식품공업 등에 응용하거나 냉해방지를 위한 균주개발, 또는 효과적인 진단시약의 개발 등에 응용하고자 하는 연구가 진행되고 있다[Wolber and Warren, "Bacterial ice-nucleation protein"(Trends in Biochemical Science 14 : 179~182, 1989)].Microorganisms with ice nucleus activity have been known since the early 1970s, mainly around Pseudomonas, Erwinia and Xanthomonas. Ice nucleation activity is due to ice nucleation protein (INP) produced by microorganisms. It is known that the activity occurs in the unique structure of ice nucleus activating protein, which is applied to ice making, snow removal and freezing air conditioning industry, food industry, development of strains to prevent cold damage, or development of effective diagnostic reagents through identification of its mechanism of action. Research is underway (Wolber and Warren, "Bacterial ice-nucleation protein" (Trends in Biochemical Science 14: 179-182, 1989)).

이와같은 응용범위를 갖는 빙핵활성 미생물을 어떤 목적이든 산업적으로 이용하기 위해서는 대량으로 생산할 수 있는 기술이 필요하다. 대량생산 발효기술은 두가지 관점으로 나누어 살펴볼 수 있는데, 첫번째는 빙핵활성을 갖는 미생물 균체를 대량생산하는 발효기술이고, 두번째는 균체당 빙핵활성이 최대가 될 수 있도록 발효환경을 조절하는 것이다.In order to industrially use ice nucleating microorganisms having such an application range for any purpose, a technology capable of mass production is required. The mass production fermentation technology can be divided into two perspectives. The first is a fermentation technology for mass production of microbial cells having ice nucleus activity, and the second is to adjust the fermentation environment to maximize the ice nuclei activity per cell.

이와관련되는 기술로는 어위니아 우레도바(Erwinia uredova)와 슈도모나스 비리 디프라바(Pseudomonas viridiflava)의 배양에 관한 것(일본특허 공개소 63-230473호), 수도모나스 시링게(Pseudomonas syringae) ACTC 53543의 배지조건에 관한 것(미국특허 제944120호), pH 조절에 관한 것(미국특허 제910600호) 그리고 2단 온도조절 방법(미국 특허 제21949호) 등이 알려져 있다.Related technologies include culture of Erwinia uredova and Pseudomonas viridiflava (Japanese Patent Publication No. 63-230473), Pseudomonas syringae ACTC 53543 The media conditions (US Pat. No. 944120), pH control (US Pat. No. 910600) and two-stage temperature control method (US Pat. No. 21949) are known.

그러나 이러한 기술들은 발효조의 생산성 및 균체농도가 낮다는 문제점이 있다.However, these techniques have a problem that the productivity and cell concentration of the fermenter is low.

따라서, 본 발명에서는 위와같은 종래의 기술들의 문제점을 극복하고 대량생산할 수 있고 균체당 빙핵활성이 최대가 될 수 있도록 하기 위하여 고농도 배양과 연속배양을 통한 최적화 기술을 도입하였다.Therefore, in the present invention, in order to overcome the problems of the conventional techniques as described above and mass production and to maximize the ice nucleus activity per cell, an optimization technique through high concentration culture and continuous culture was introduced.

즉, 유가배양(fed-batch culture) 및 반복식 유가배양(repeated fed-batch culture)에서 최종균체 농도를 증가시켜 발효조 사용효율을 향상시킬 뿐만 아니라 연속원심분리기나 막분리기의 사용이 필요한 농축단계 없이도 동결건조할 수 있도록 한다.In other words, increasing the final cell concentration in fed-batch cultures and repeated fed-batch cultures not only improves fermenter use efficiency, but also does not require a concentration step that requires the use of a continuous centrifuge or membrane separator. Allow to lyophilize.

또한 고농도 연속배양을 이용하여 빙핵활성 미생물을 생산함으로써 생산성 향상 뿐만 아니라 균질의 빙핵활성을 갖을 수 있도록 하였으며, 연속배양 및 유가식 배양에서 용존산소가 부족하게 될 경우에는 산소부화막[(주) 흥양, 서울]을 사용하여 산소분압이 높아진 공기의 공급으로 문제를 해결하였다. 또한 단위 균체당 빙핵활성을 최대로 하기 위해서는 연속배양에서 비정상 상태에 있는 미생물 생리 연구를 통하여 최적발효 환경을 확립하였다.In addition, the production of ice nucleus active microorganisms using high concentration continuous culture not only improves productivity but also has homogeneous ice nucleus activity. When the dissolved oxygen is insufficient in continuous culture and fed-batch culture, oxygen enrichment membrane [Hungyang Co., Ltd.] , Seoul] solved the problem by supplying air with increased oxygen partial pressure. In addition, to maximize ice nuclei activity per unit cell, optimal fermentation environment was established through physiological studies of microorganisms in abnormal state in continuous culture.

따라서, 본 발명은 빙핵활성을 갖는 미생물 슈도모나스 시링게를 유가배양을 포함한 회분배양과 연속배양 방법을 통하여 미생물 균체를 대량 생산하고, 균체당 빙핵활성이 최대가 될 수 있도록 발효환경을 조절하는 빙핵활성미생물의 배양방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is to produce a microbial cell mass through the batch culture and continuous culture method of the Pseudomonas Syringe microbial having ice nucleus activity, and ice nucleus activity to control the fermentation environment to maximize the ice nuclei activity per cell Its purpose is to provide a method for culturing microorganisms.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 빙핵활성미생물을 배양하는 방법에 있어서, 빙핵활성 미생물 슈도모나스 시링게 KCTC 1832를 사용하여 빙핵활성 단백질 함유 미생물을 발효조에서 35~100g/l(건조균체농도기준)의 고농도로 생산하는 유가배양을 포함한 회분배양 또는 연속배양에 의해 배양함을 그 특징으로 한다. 하지만 사용미생물이 슈도모나스 시링게 KCTC 1832로 제한되기 보다는 슈도모나스 시링게의 일반적인 고농도 배양방법으로 보아야 할 것이다.The present invention is a method for culturing ice nucleus activated microorganisms, using the ice nucleus activated microorganism Pseudomonas syringe KCTC 1832, the milk value culture to produce ice nucleus active protein-containing microorganisms in a fermenter at a high concentration of 35 ~ 100g / l (dry cell concentration) It characterized by culturing by batch culture or continuous culture, including. However, the microorganisms used should not be limited to Pseudomonas syringe KCTC 1832, but should be considered as a general method of high concentration culture of Pseudomonas syringe.

본 발명은 빙핵활성을 갖는 미생물인 수도모나스 시링게(Pseudomonas syringae)KCTC 1832를 배양함에 있어서, 상기 미생물을 옥수수 침지액, 효모엑기스 및 소이펩톤이 포함된 산업용 미생물 함유 발효조에서 배양시키되 (a) 배양과정 동안에 산소부화막을 이용하여 용존산소가 10~50%가 유지되도록 용존산소를 제한하는 공정In the present invention, in culturing Pseudomonas syringae KCTC 1832, a microorganism having ice nucleus activity, the microorganism is cultured in an industrial microorganism-containing fermenter containing corn steep liquor, yeast extract and soy peptone (a). Process of limiting dissolved oxygen to keep dissolved oxygen 10 ~ 50% by using oxygen enrichment membrane during the process

(b) 발효조에 포도당 농도가 1% 이하가 되지 않도록 배양액을 공급하는 공정 및(b) supplying the culture medium so that the concentration of glucose in the fermenter is not less than 1%; and

(c) 용존산소가 1ppm 이하로 제한된 상태에서 배양온도를 20~24℃로 낮추어 주는 공정 중에서 선택되는 하나 이상의 공정으로 배양시키는 것을 특징으로 한다.(c) characterized in that the culture in one or more processes selected from the step of lowering the culture temperature to 20 ~ 24 ℃ in a state in which dissolved oxygen is limited to less than 1ppm.

본 발명에 있어서, 유가배양 및 연속배양에서 미생물 균체를 고농도로 생산하기 위해서는 (1) 균형있는 영양원의 공급, (2) 용존산소부족문제의 해결, (3) 미생물이 성장하면서 생산하는 대사열로 인한 온도상승의 방지, (4) 미생물의 성장을 저해할 가능성이 있는 부대사산물(발효 배지에서 유입된 것 및 성장 중 생산하는 것)의 축적방지 등의 네가지가 주요한 문제가 된다.In the present invention, in order to produce a high concentration of microbial cells in the oil value cultivation and continuous culture in order to (1) supply a balanced nutrient source, (2) solve the problem of dissolved oxygen deficiency, (3) There are four main problems: prevention of temperature rise due to (4) prevention of accumulation of ancillary by-products (introduced in fermentation medium and produced during growth) which may inhibit the growth of microorganisms.

위에 열거한 네가지 문제점을 해결하는 방법을 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through a method for solving the above four problems.

첫째, 균형있는 영양원의 공급을 위한 배지 디자인은 발효 최적화의 가장 중요한 것으로 본 발명에서의 기본 디자인은 퍼트(S. J. Pirt)의 책["Principles of Microbes and Cell Cultivation" 1975, Blackwel Ltd., 134]을 주로 참고하였는데, 이는 미생물 균체구성 성분의 화학적 분석에 기초한 방법으로서 균체구성 성분에 알맞도록 배지를 고안한다는 것이다. 따라서, 자연계에서 새로 분리되는 균주에서는 성장조건이나 배지성분에 관한 정보가 없으므로 이러한 배지디자인 유용하게 사용될 수 있다.First, the medium design for the supply of balanced nutrients is the most important of the fermentation optimization. The basic design in the present invention is described in SJ Pirt's book "Principles of Microbes and Cell Cultivation" 1975, Blackwel Ltd., 134. It is mainly referred to as a method based on the chemical analysis of the microbial cell composition, the medium is designed to suit the cell composition. Therefore, in the newly isolated strain in nature there is no information on the growth conditions or media components can be useful in such a medium design.

본 발명에서 사용한 균주가 여기에 해당하는데, 본 발명의 사용균주는 국내토양에서 분리된 슈도모나스 시링게 AL(P. syringae AL ; 김정한 등, 1989, 한국생화학회지 22 : 73~77)로서 기탁번호 KCTC 1832로 1987년 6월 한국과학기술연구원 유전공학연구소 유전자은행에 기탁되어 있는 것을 사용하였다.The strain used in the present invention corresponds to this, and the strain used in the present invention is Pseudomonas syringe AL (P. syringae AL; Kim Jung-han et al., 1989, Korean Journal of Biochemistry 22: 73-77), isolated from domestic soil. 1832, which was deposited in the Genetic Bank of Korea Institute of Science and Technology.

이러한 본 발명의 미생물에 대해서는 화학적 성분에 기초한 기본배지 디자인에 유기복합 성분으로 효모 엑기스, 펩톤, 소이톤, 단백질 가수분해 물, 그리고 옥수수 침지액(corn-steep liquor) 등을 첨가하였다.For the microorganism of the present invention, yeast extract, peptone, soyton, protein hydrolyzate, corn-steep liquor, and the like were added as an organic compound to the basic medium design based on chemical composition.

각 성분의 조성예는 실시예에 명시하였다.The composition example of each component was specified in the Example.

둘째, 용존산소 부족문제의 해결은 미생물의 고농도 배양을 위해 해결해야 할 가장 기초적인 문제중 하나이다. 미생물의 대사에 필요한 산소의 부족은 대사과정의 부분적인 저해와 부대사산물의 생산 등의 문제를 유발한다.Second, the solution of dissolved oxygen deficiency problem is one of the most basic problems to be solved for high concentration culture of microorganisms. The lack of oxygen necessary for the metabolism of microorganisms causes problems such as partial inhibition of metabolic processes and the production of ancillary products.

발효조의 산소 전달 능력을 향상시키기 위하여 통기속도 및 교반속도를 최대로 하고도 용존산소가 1ppm 이하로 부족해질 때는 공기중의 산소 분압을 증가시킬 수 있는 산소부화막 장치를 사용하여 대기중 21%인 산소 분압을 45-50%로 높게 하여 통기에 이용하였다.In order to improve the oxygen transfer capacity of the fermenter, when the aeration rate and stirring speed are maximized and the dissolved oxygen is insufficient at less than 1ppm, the oxygen enrichment membrane device that can increase the partial pressure of oxygen in the air is used. The oxygen partial pressure was increased to 45-50% and used for ventilation.

산소부화막 장치는 막분리기술에 의해 공기중 산소분압을 높이는데 사용되는 것이다.Oxygen enrichment membrane device is used to increase the partial pressure of oxygen in the air by membrane separation technology.

또한 공기나 산소부화막으로 산소분압이 높아진 공기로 사용하다가 더이상 용존산소를 유지할 수 없을 때는 배지공급속도를 낮추어 미생물의 산소요구도를 낮추도록 하는 방법도 사용하였다. 그 어떤 방법으로도 용존산소를 1ppm 이상으로 유지할 수 없는 경우에는 산소제한 상태의 성장이 계속되도록 배지공급 속도를 조절하였다. 이때는 통기에서 공급되는 모든 산소를 미생물이 대사에 사용하여 용존산소농도가 0이 되며 공급되는 산소만큼만 미생물의 성장이 계속된다.In addition, when the oxygen partial pressure is increased with air or oxygen enrichment membrane, and the dissolved oxygen can no longer be maintained, a method for reducing the oxygen demand of the microorganism by lowering the medium supply rate is also used. If the dissolved oxygen could not be maintained above 1 ppm by any method, the medium feed rate was adjusted so that the growth of the oxygen-restricted state continued. At this time, all oxygen supplied from the aeration is used for metabolism by the microorganisms so that the dissolved oxygen concentration becomes zero, and the growth of the microorganism continues as much as the supplied oxygen.

셋째, 미생물의 성장하면서 내는 대사열(metabolic heat)은 보통 발효조의 경우처럼 낮은 농도의 경우는 큰 문제가 되지 않는다. 본 발명에서처럼 고농도로 배양해야 할 경우는 특별히 냉각된 물을 사용하거나 냉각순환 시스템을 갖는 온도조절기를 사용해야 하는데 본 발명에서는 후자를 사용하였다.Third, the metabolic heat produced by the growth of microorganisms is not a problem at low concentrations as in the case of normal fermenters. When culturing at a high concentration as in the present invention, specially cooled water or a temperature controller having a cooling circulation system should be used. In the present invention, the latter was used.

넷째, 미생물의 성장을 저해할 가능성이 있는 부산물의 축적은 계속 유입되는 배지성분중 미생물에 의해 사용되지 않는 성분의 축적과 미생물이 성장하는 과정에서 생기는 부대사산물의 축적으로 나눌 수 있다. 본 발명에서 사용한 옥수수 침지액에 함유된 젖산이 전자의 경우에 해당한다. 본 발명에서 사용한 슈도모나스 시링게 KCTC 1832를 포도당과 옥수수 침지액 등이 함유된 배지(실시예 1, 2참조)에서 배양했을 때 젖산은 포도당 존재하에서도 본 균주에 의해 사용되었다(제1도). 그것은 이 균주가 젖산을 생산할 수 있는 조건이 되더라도 환경조절에 따라 다시 사용될 수 있다는 것을 뜻한다.Fourth, the accumulation of by-products that can inhibit the growth of microorganisms can be divided into the accumulation of components not used by the microorganisms in the medium that is continuously introduced and the accumulation of ancillary products generated during the growth of the microorganisms. The lactic acid contained in the corn steep liquor used in the present invention corresponds to the former case. When Pseudomonas syringe KCTC 1832 used in the present invention was cultured in a medium containing glucose and corn steep liquor (see Examples 1 and 2), lactic acid was used by this strain even in the presence of glucose (FIG. 1). That means that even if the strain is capable of producing lactic acid, it can be used again under environmental control.

본 발명을 위해 많은 발효실험을 수행하였지만 포도당/젖산 분석기로 측정한 결과 젖산이 축적되지는 않는다는 것이 확인되었다. 또한 많은 수도모나스 균주들이 고분자 다당류를 형성하는 것이 알려진 것처럼 본 발명의 경우에도 산소제한 조건의 생리상태가 계속되면 고분자 다당류가 생성되는 것이 관찰되었다. 그러나 고분자 다당류가 너무 많이 생성되면 배지성분중 희귀원소를 응집하므로 미생물의 성장에 영향을 미칠 가능성이 있는데, 본 발명에서 확립한 최적조건하에서는 그런 고분자물질이 생성되지 않는다.Although many fermentation experiments have been carried out for the present invention, it has been confirmed by the glucose / lactic acid analyzer that no lactic acid accumulates. In addition, as many strains of Monas monas strains are known to form polymer polysaccharides, polymer polysaccharides have been observed to be produced when the physiological state of the oxygen-restricted condition is continued even in the present invention. However, if too many polymer polysaccharides are produced, the rare elements in the media may be aggregated, which may affect the growth of microorganisms, but such polymers are not produced under the optimal conditions established by the present invention.

본 발명에 있어서, 생산된 미생물 균체당 생성되는 빙핵활성을 최대화시키는 문제는 미생물 균체를 생산하는 것 자체와는 또 다른 문제로서, 단위균체당 빙핵활성을 최대화하기 위하여 사용한 방법은 연속배양에서의 비정상 상태를 통한 미생물생리 최적화실험이었다. 이 방법은 제한기질 및 성장속도에 정확히 알려진(보통 회분식 배양의 경우는 일정한 환경을 유지하기 힘듬) 상태에서 발효환경 변수의 효과에 대해 정확한 결과를 얻을 수 있기 때문에 사용하였다.In the present invention, the problem of maximizing the ice nucleus activity produced per produced microbial cells is another problem of producing microbial cells themselves, and the method used to maximize the ice nuclei activity per unit cell is abnormal in continuous culture. Microbial physiology optimization experiment through state. This method was used because it is possible to obtain accurate results on the effects of fermentation environment variables under conditions known to limit substrate and growth rate (usually difficult to maintain a constant environment in batch culture).

제2도는 탄소원 제한 연속배양조에서 희석율을 0.04hr-1로 일정하게 유지하고 온도를 28℃에서 22℃로 변화시켰을 때 단위균체당 생기는 각 클래스별 빙핵수(ice-nuclei number)의 변화를 온도별로 측정한 것이다. 제2도에서 볼 수 있는 것처럼 그 효과는 몇시간 내에 측정할 수 있었으며, 제2도에서 보인 온도변화 효과외에도 제한기질, 용존산소 농도, 온도 배지종류 등에 대하여 유사한 실험결과를 최적화하여 실시예의 각 발효의 경우에 적용하였다.2 shows the change in ice-nuclei number per unit cell when the dilution rate is kept constant at 0.04hr -1 and the temperature is changed from 28 ℃ to 22 ℃ in a carbon source-limited continuous culture tank. It is not measured. As can be seen in FIG. 2, the effect could be measured within a few hours, and in addition to the temperature change effect shown in FIG. 2, similar experimental results were optimized for limiting substrate, dissolved oxygen concentration, temperature medium type, and the like. Applied in the case of.

온도는 빙핵활성을 최대화하는데 가장 중요한 요인중의 하나로 25℃ 이하에서 빙핵활성이 향상되며 20℃ 보다 더 낮아져도 빙핵활성은 크게 나아지지 않는다.Temperature is one of the most important factors in maximizing ice nucleation activity. Ice nucleation activity is improved below 25 ° C, and ice nucleation activity is not much improved even lower than 20 ° C.

또한, 제2도에서 특기할 만한 것은 빙핵의 활성온도에 따라 구분된 클래스 A, B, C (각각 4.4℃ 이상, -4.8~ -5.7, -7.6이나 그 이상에서 활성을 나타냄)별로 구분되는 활성의 변화도 각각 측정할 수 있다는 사실이다. 빙핵수는 흡광도 1.0으로 맞춘액을 10배씩 계속 희석하여 측정하는 발리(Vali)의 방법을 사용하였다(J. Atmos. Sci., 28권 402-409, "Quantitative evaluation of experimental results on the heterogeneous freezing of supercooled liquids").Also noteworthy in FIG. 2 are activities classified by classes A, B, and C (representing activity at 4.4 ° C or higher, -4.8 to -5.7, or -7.6 or higher, respectively) according to ice core activation temperature. It is true that the change of can be measured separately. Ice nucleus water used the method of Vali, which was measured by continuously diluting the solution adjusted to absorbance 1.0 by 10 times (J. Atmos. Sci., Vol. 28, 402-409, "Quantitative evaluation of experimental results on the heterogeneous freezing of supercooled liquids ").

단위균체당 빙핵활성수를 증가시키기 위하여는 미생물이 낮은 속도로(최대성장속도의 1/3 이하) 자라는 것이 유리하다는 것을 밝혔는데, 본 발명에서는 주로 미생물이 필요로 하는 영양원의 제한공급으로 성장속도를 낮추었다.In order to increase the ice core active water per unit cell, it was found that it is advantageous for the microorganism to grow at a low rate (less than 1/3 of the maximum growth rate). In the present invention, the growth rate is mainly limited by the limited supply of nutrients required by the microorganism. Lowered.

여기서, 제한공급이라함은 미생물의 최대기질 소모속도보다 기질고급속도를 낮추는 것으로 그 비율은 배양액을 공급하는 펌프의 속도를 조절함으로써 원하는 속도로 조절할 수 있다.Here, the limited supply is to lower the substrate advanced speed than the maximum substrate consumption rate of microorganisms, the ratio can be adjusted to the desired speed by adjusting the speed of the pump for supplying the culture medium.

본 발명에서는 최대 빙핵수가 얻어지는 경우를 중심으로 실험하였는바, 최대 빙핵수는 흡광도 1.0일 때의 액속에 들어있는 미생물 수에 비교하여(4.5×10cells/mL, ±20%) 비슷한 빙핵수를 갖는 때를 최대 빙핵수에 이르렀다고 볼 수 있다. 왜냐하면 미생물 한 마리당 한개 이상의 빙핵이 존재한다고 하더라도 실험기술상 한마리의 미생물을 단순한 희석만으로 둘로 나눌 수 없기 때문에 각 미생물 개체에 전부 빙핵이 존재하는 것, 즉 어떤 액안에 미생물 수만큼 빙핵수가 존재한다면 최대 빙핵수가 된다는 것이다.In the present invention, the experiment was conducted mainly in the case of obtaining the maximum number of ice cores, the maximum number of ice cores having a similar number of ice cores compared to the number of microorganisms in the liquid at the absorbance 1.0 (4.5 × 10 cells / mL, ± 20%) Can be said to have reached the maximum number of ice cores. Because even if there is more than one ice nucleus per microorganism, one microorganism cannot be divided into two by simple dilution in the experimental technique. Therefore, if all ice nuclei exist in each microorganism, that is, the maximum number of ice nuclei in a liquid. It is.

따라서 본 발명의 방법을 사용하여 빙핵활성을 갖는 미생물 슈도모나스 시링게를 발효조에서 고농도로 생산하여 냉해방지를 위한 균주개발 또는 효과적인 진단시약의 개발 등에 응용할 수 있고, 인공제빙과제설, 냉동산업 및 삭품산업 등의 다양한 분야에 널리 사용할 수 있다.Therefore, the microorganism Pseudomonas syringe having ice nucleus activity can be produced at high concentration in a fermenter using the method of the present invention, which can be applied to the development of strains for the prevention of cold damage or to the development of effective diagnostic reagents, artificial ice making and snowmaking, refrigeration industry and processing industry It can be widely used in various fields such as.

이하 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by Examples.

[참고예][Reference Example]

엘비(LB) 배지에서 4℃ 냉장고에 보관하고 있던 플레이트로부터 50ml의 엘비 또는 티피비(TPB) 배지가 들어 있는 500ml 크기의 배플달린 삼각 프라스크에 접종하여 12-15시간 30℃의 쉐이커에서 150rpm으로 배양한 것을 발효조에 접종균으로 사용하였다. 접종은 3-10%로 하였고 발효조는 5L 크기에 실제 운전볼륨을 2.5-3.0L가 되도록 조정하였다.The plate was stored in a 4 ° C. refrigerator in an LB medium and inoculated into a 500 ml baffle-lined triangular flask containing 50 ml of Elby or TPB medium at 150 rpm in a shaker at 30 ° C. for 12-15 hours. Those cultured were used as inoculation bacteria in fermenters. Inoculation was 3-10% and fermenter was adjusted to 5-L size and 2.5-3.0L of actual operating volume.

발효를 시작한 후 포도당 및 젖산은 포도당-젖산 분석기(YSI 2300, U. S. A)를 사용하여 측정하였고 균체농도는 흡광도로 단시간에 측정하는 방법 이외에 105℃ 건조 또는 동결건조 후에 측정하였다. 배양중 pH는 30% 암모니아수를 사용하여 6.0-6.5로 조절하였다. 용존산소의 변화에 따라 통기율을 0.5v/v/m에서 2.0v/v/m으로 조정하였고 교반속도는 500-1500rpm으로 조정하여 특별한 경우를 제외하면 15% 이상의 용존산소를 유지하도록 하였다.After starting the fermentation, glucose and lactic acid were measured using a glucose-lactic acid analyzer (YSI 2300, U. S. A), and cell concentrations were measured after 105 ° C. drying or lyophilization, in addition to the method of measuring the absorbance in a short time. The pH of the culture was adjusted to 6.0-6.5 using 30% ammonia water. Aeration rate was adjusted from 0.5v / v / m to 2.0v / v / m according to the change of dissolved oxygen and the stirring speed was adjusted to 500-1500rpm to maintain 15% or more dissolved oxygen except in special cases.

산소요구도가 높아서 최고 통기율과 교반속도로도 용존산소를 그 이상 유지할 수 없는 경우(균체농도 25-35g/L 이상)에는 제한 배지의 공급속도를 조절하여 산소요구도를 낮추거나 산소제한 상태로 발효를 계속하였고 경우에 따라서는 산소 부화막을 사용하여 45% 산소를 함유하도록 농축된 공기를 공급하였다. 균체가 50g/L 이상 고농도로 생산되었을 때 농축단계 없이 바로 동결건조하거나 침착물 제거를 위하여 연속 원심 분리기나 마이크로 필트레이션에 의해 세척한 후 동결 건조하였다.If the oxygen demand is so high that dissolved oxygen cannot be maintained even at the highest aeration rate and agitation rate (more than 25-35 g / L of cell concentration), the feed rate of the limiting medium is controlled to lower the oxygen demand or fermentation with limited oxygen. Was continued, and in some cases, an oxygen enrichment membrane was used to supply concentrated air to contain 45% oxygen. When the cells were produced at a high concentration of 50 g / L or more, they were lyophilized immediately without a concentration step or washed by a continuous centrifuge or micro filtration to remove deposits, and then lyophilized.

[실시예 1]Example 1

본 배양조의 초기배지를 옥수수 침지액 4%, 효모엑기스 1%, 소이펩톤 0.5%, 제일인산칼리움 1%, 함수결정 포도당 5%로 하고 초기 pH를 2N NaOH를 사용하여 6.7로 맞춘 후 121℃에서 30분 멸균하여(포도당 별도멸균) 위의 조건대로 접종하여 발효를 시작하였다. 온도는 25℃로 유지하여 배양하였으며 20시간 경과 후 포도당 40% 옥수수 침지액 10%, 소이펩톤 1%, 효모엑기스 1%로 조성된 액을 발효조에 포도당 농도가 1% 이하가 되지 않도록 공급하여 유가식 배양을 40시간까지 계속했을 때 건조 균체 농도 62g/L를 얻을 수 있었다.The initial medium of this culture tank was 4% corn steep liquor, 1% yeast extract, 0.5% soypeptone, 1% calcium phosphate, 1% hydrous glucose and the initial pH was adjusted to 6.7 using 2N NaOH. 30 minutes sterilization (glucose separately sterilized) was inoculated under the above conditions to start fermentation. The temperature was maintained at 25 ° C and cultured. After 20 hours, the solution prepared with 10% glucose 40% corn steep liquor, 1% soypeptone, and 1% yeast extract was supplied to the fermenter so that the glucose concentration was not lower than 1%. When the culture was continued for 40 hours, a dry cell concentration of 62 g / L was obtained.

[실시예 2]Example 2

본 배양조의 초기배지를 옥수수 침지액 5%, 효모엑기스 1%, 소이펩톤 0.5%, 제일인산칼리움 1%, 함수결정포도당 3%로 하고 배양을 시작한 후 10시간 후부터 포도당 40%, 옥수수 침지액 10%로 조성된 액을 계속적으로 공급하였을 때 50시간에 81g/L의 건조균체농도를 얻을 수 있었다.The initial medium of this culture was 5% corn steep liquor, 1% yeast extract, 0.5% soy peptone, 1% calcium phosphate, 1% hydrolyzed glucose, and 40% glucose and corn steep liquor 10 hours after incubation. The dry cell concentration of 81 g / L was obtained at 50 hours when the liquid continuously prepared at 10% was supplied.

여기서 균체농도 21g/L(배양시간 15경과)에서부터는 용존산소 농도가 5% 이하로 떨어져 산소제한상태의 성장으로 끝날 때까지 계속된다. 용존산소에 의한 제한 성장이 되기 전까지는 26℃로 배양온도를 유지하다가 제한 성장 단계로 가게되면 배양 온도를 21℃로 낮추어 완전한 제한성장으로 배양을 계속하였다.From the cell concentration of 21 g / L (15 hours of incubation time), the dissolved oxygen concentration dropped to 5% or less and continued until the growth of the oxygen-limited state. Maintaining the culture temperature at 26 ℃ until the limit growth by dissolved oxygen, and when going to the limit growth stage, the incubation temperature was lowered to 21 ℃ to continue the cultivation to complete limit growth.

[실시예 3]Example 3

본 배양조의 초기배지를 옥수수 침지액 4%, 효모엑기스 1%, 소이펩톤 0.5%, 제일인산칼리움 1%, 하이드롤 5.5%로 하고 온도를 22℃로 배양을 시작하였다.The initial medium of this culture tank was 4% corn steep liquor, 1% yeast extract, 0.5% soypeptone, 1% calcium phosphate, 5.5% hydrochloride, and the temperature was started at 22 ° C.

추가 공급 배지는 포도당 50%, 옥수수 침지액 10-%, 소이펩톤 1%, 효모엑기스 1%, 황산암모니움 5%로 조성된 액을 사용하였을 때 46시간 배양후 96g/l의 건조균체 농도를 얻을 수 있었다. 이 경우에는 배양 18시간후부터 산소 부화막(흥양)을 통하여 45% 산소함유공기로 통기를 계속하였다.The additional feed medium was 96 g / l dry cell concentration after 46 hours of cultivation using a solution composed of 50% glucose, 10-% corn steep liquor, 1% soypeptone, 1% yeast extract, and 5% ammonium sulfate. Could get In this case, the aeration was continued through 45% oxygen-containing air through the oxygen enrichment membrane (heungyang) after 18 hours of culture.

[실시예 4]Example 4

본 배양조의 초기배지를 실시예 1~3에서처럼 완전한 복합배지를 사용치 않고 반합성배지로 하여 25℃에서 배양하였다. 초기 배지는 함수 결정포도당 77(g/L), MgSO4·7H2O 2.3, NH4Cl 10, NaNO33, KH2PO411.3, CaCl22H2O0.1, FeSO4·7H2O 0.07, MnSO4·5H2O 0.02, ZnSO4·7H2O 0.02, 효모엑기스 5.0, 소이톤 2.5, Tri-Na citrate 2로 배지를 조성하여 배양을 시작하였다. 배양 36시간째 부터는 포도당 50%, MgSO4·7H2O 2.3%, NH4Cl1%, KH2PO41.13%, 효모엑기스 3%로 조제된 액으로 공급하면서 유가배양을 계속했을 때 60시간에 이르러 건조 균체농도 88g/L을 얻을 수 있었다. 배지의 추가공급과 함께 배양온도를 22℃로 낮추어 배양을 계속하였다.The initial medium of this culture tank was incubated at 25 ° C. as a semi-synthetic medium without using a complete complex medium as in Examples 1 to 3. The initial medium was 77 (g / L) glucose, MgSO 4 7H 2 O 2.3, NH 4 Cl 10, NaNO 3 3, KH 2 PO 4 11.3, CaCl 2 2H 2 O0.1, FeSO 4 · 7H 2 O Cultivation was started by the composition of 0.07, MnSO 4 · 5H 2 O 0.02, ZnSO 4 · 7H 2 O 0.02, yeast extract 5.0, Soyton 2.5, Tri-Na citrate 2. From 36 hours of culture, 60 hours of feeding was continued with 50% glucose, MgSO 4 · 7H 2 O 2.3%, NH 4 Cl 1%, KH 2 PO 4 1.13%, and yeast extract 3%. As a result, a dry cell concentration of 88 g / L was obtained. Incubation was continued by lowering the incubation temperature to 22 ° C with additional media.

지금까지의 실시예는 유가회본 배양을 통한 생산성 향상을 예시하는 것이고 다음의 실시예는 고농도 연속 배양에 관한 것이다. 연속배양에 의한 생산의 장점은 유가식 배양보다 일정한 활성을 갖는 미생물을 생산할 수 있다는 것 외에도 단위 발효조에서 생산할 수 있는 균체량, 즉 생산성이 증가된다는 것이다.The examples thus far exemplify the productivity improvement through fed-batch culture and the following examples relate to high concentration continuous culture. The advantage of the production by continuous culture is that in addition to being able to produce microorganisms having a constant activity than fed-batch culture, the amount of cells that can be produced in a unit fermenter, that is, productivity is increased.

[실시예 5~12]EXAMPLES 5-12

연속배양은 초기배지를 함수결정 포도당 77(g/L), MgSO4·7H2O 2.3, NH4Cl 10, KH2PO411, CACl2·2H2O 0.1, FeSO4·7H2O 0.07, MnSO4·5H2O 0.02, ZnSO4·7H2O 0.02, CuSO4·5H2O 0.005, 효모엑기스 5.0-20.0, 소이톤 2.5, Tri-Na citrate 2로 하여 배양을 시작하였다. 연속배양요으로 사용한 배지는 함수결정 포도당 220(g/L), MgSO4·7H2O 2.3, NH4Cl 20, NaNO 3 5, KH2PO411, CaCl2·2H2O 0.1, FeSO4·7H2O 0.07, MnSO4·5H2O 0.02, ZnSO4·7H2O 0.02, CuSO4·5H2O 0.005, 효모엑기스 5.0, 소이톤 2.5, Tri-Na citrate 2로 조정하였다. 각 희석율 및 온도별 건조균체 생산의 결과를 다음표에 나타내었다.Continuous culture was performed by determining the initial medium. Glucose 77 (g / L), MgSO 4 · 7H 2 O 2.3, NH 4 Cl 10, KH 2 PO 4 11, CACl 2 · 2H 2 O 0.1, FeSO 4 · 7H 2 O 0.07 The culture was started with MnSO 4 · 5H 2 O 0.02, ZnSO 4 · 7H 2 O 0.02, CuSO 4 · 5H 2 O 0.005, yeast extract 5.0-20.0, Soyton 2.5, Tri-Na citrate 2. The medium used for continuous culture was water-containing glucose 220 (g / L), MgSO 4 · 7H 2 O 2.3, NH 4 Cl 20, NaNO 3 5, KH 2 PO 4 11, CaCl 2 · 2H 2 O 0.1, FeSO 4 7H 2 O 0.07, MnSO 4 5H 2 O 0.02, ZnSO 4 7H 2 O 0.02, CuSO 4 5H 2 O 0.005, yeast extract 5.0, Soyton 2.5, Tri-Na citrate 2, and the like. The results of dry cell production for each dilution rate and temperature are shown in the following table.

Claims (1)

빙핵활성을 갖는 미생물인 슈도모나스 시링게(Pseudomonas syringae) KCTC 1832를 배양함에 있어서, 상기 미생물을 옥수수 침지액, 효모엑기스 및 소이펩톤이 포함된 산업용 미생물 함유 발효조에서 배양시키되 (a) 배양과정 동안에 산소부화막을 이용하여 용존산소가 10~50%가 유지되도록 용존산소를 제한하는 공정 (b) 발효조에 포도당 농도가 1% 이하가 되지 않도록 배양액을 공급하는 공정 및 (c) 용존산소가 1ppm 이하로 제한된 상태에서 배양온도를 20~24℃로 낮추어 주는 공정 중에서 선택되는 하나 이상의 공정으로 배양시키는 것을 특징으로 하는 빙핵활성을 갖는 미생물의 고농도 배양방법.In culturing Pseudomonas syringae KCTC 1832, a microorganism having ice nucleus activity, the microorganism was cultivated in an industrial microorganism containing fermenter containing corn steep liquor, yeast extract and soy peptone (a) oxygen enrichment during the culturing process. Limiting dissolved oxygen to maintain 10-50% of dissolved oxygen using a membrane; (b) supplying a culture solution so that the concentration of glucose does not reach 1% or less in the fermenter; and (c) the dissolved oxygen is limited to 1 ppm or less. High concentration culture method of microorganisms having ice-nuclear activity, characterized in that the culture in one or more processes selected from the steps of lowering the culture temperature to 20 ~ 24 ℃.
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